绿色化的煤炭生物脱硫技术及其应用
摘要：绿色化学是从源头解决污染问题的一门环境无害化学技术。其基本思想与煤炭洗选加工和洁净煤技术是一致的。本文强调了绿色化的生物选矿技术在煤炭加工领域应用的重要性, 通过对绿色化的煤炭生物脱硫选矿技术现状及特点的分析, 认为建立在绿色化学基础上的绿色煤炭生物加工技术将会在煤炭加工与综合利用以及煤矿环境与生态保护等方面发挥更大的作用。
关键词：绿色化学,煤炭加工,生物学,脱硫
1 绿色化学的兴起及其生物学研究范畴
绿色化学包括了所有可以降低对人类健康和对环境产生负面影响的化学方法与技术。其本质是从源头上彻底阻止污染的产生。同时, 绿色化学追求高选择性反应过程, 极少副产品, 甚至能达到原子经济性、实现零排放。因此, 绿色化学不仅可以防止环境污染, 而且还可提高资源利用率, 增加经济效益。
绿色化学与其它相关学科有着密切的联系。这些相关学科包括生命科学中的一些学科, 如生物学、生理学和生物化学等, 以及物理学、计算机科学、材料学、地质学和工程学等等。从生物化学的角度来说, 利用生物体内某种生物酶来抑制有害微生物的生长或者有害物质的产生, 或者是利用微生物对某种矿物质的选择性作用来生产无害和洁净矿物质的生物选矿技术等, 如煤炭生物加工技术应该属于绿色化学的范畴, 因为其加工过程是生物化学过程。
2 绿色化的煤炭生物加工技术及其应用
传统的煤炭加工过程是在相对严格的工艺条件下进行。具有流程复杂, 能耗高等特点。不仅如此, 在煤炭加工过程的同时, 往往伴随有毒有害物质的产生, 不仅会造成严重的污染, 而且会造成煤炭资源浪费等问题。因此, 当前迫切需要采用环境友好的矿物加工新技术、新方法来替代或改造传统的矿物加工方法。选煤界目前对绿色化学在煤炭加工领域应用的重要性已有了更深的认识。
2.1 绿色化的煤炭生物脱硫选矿技术
煤炭是重要的工业能源, 但煤炭工业中一直存在着一个急切需要解决的一难题, 即由于煤中含硫 (有机硫和无机硫) 过高, 用作燃料在燃烧过程中要释放出高浓度的二氧化硫等有害气体和尘埃, 对人体健康和动植物的生长都有影响, 并造成金属腐蚀。
为了保护环境, 1998 年国家环保部门会同有关部门划定了酸雨和SO2 污染控制区, 制定了两控区内煤炭、电力等重点行业SO2 污染的控制规划。由此, 煤炭生产企业和煤炭加工利用行业都千方百计地降低煤的含硫量, 以减少污染。同时, 由于煤炭中硫每上升0.1 % , 焦比要升高1.2 %～210 % , 生铁产量要降低2 % , 为此, 国家有关部门规定, 炼焦和发电厂用煤的含硫量必须在1 %以下, 一般用煤含硫量必须在1.5 %以下。
目前煤炭脱硫有燃前脱硫、燃中固硫和燃后烟气脱硫等三种方法。其中, 目前常用生物脱硫方法是浸出法和表面氧化法。
(1) 生物浸出脱硫
生物浸出法就是利用微生物的氧化作用将黄铁矿氧化分解成铁离子和硫酸, 硫酸溶于水后将其从煤炭中排除的一种脱硫方法。
该法优点是装置简单, 只需在煤堆上撒上含有微生物的水, 通过水浸透, 在煤中实现微生物脱硫, 生成的硫酸在煤堆底部收集, 从而达到脱硫的目的。为提高浸出率, 开发了用于生物浸出的反应器(空气搅拌式、管道式、水平转筒式等) 。该法研究历史较长, 技术较成熟。由于是将煤中硫直接代谢转化, 当采用合适的微生物时, 还能同时处理煤中无机和有机硫, 理论上有很大应用价值。其缺点是处理时间较长(数周) 。原因是所用的硫杆菌属于自养型微生物, 生长速度慢。
(2) 表面处理法
这是一种将微生物技术与选煤技术结合起来, 开发出的一种微生物浮选脱硫技术, 即微生物表面处理法。该法是把煤粉碎成微粒, 与水混合, 在其悬浮液下通入微细气泡, 使煤和黄铁矿表面均附着气泡, 在空气和浮力作用下, 煤和黄铁矿会一起浮到水面。但是, 如果将微生物加入悬浮液中, 由于微生物附在黄铁矿表面, 使黄铁矿表面由疏水性变成亲水性。与此同时微生物却难以附着在煤粒表面, 所以煤表面仍保持疏水性。这样煤粒上浮, 而黄铁矿则下沉从而把煤和黄铁矿分离, 达到煤炭中脱除黄铁矿的目的。
该法优点是处理时间短, 当采用对黄铁矿有很强专一性的微生物(如氧化亚铁硫杆菌) 时, 能在数秒种之后就起作用, 抑制黄铁矿上浮, 整个过程几分钟就完成, 脱硫率较高。该法与浸入法相比, 煤炭回收率较低。
2.2 煤炭生物脱硫存在问题
利用微生物脱除煤中硫的方法目前存在几个主要问题: ①如何获得更好更多的微生物菌株, 特别是筛选到脱除煤中有机硫的菌株。②稳定的脱硫作用。据报道有几个菌株能用于脱除煤中有机硫, 但脱除有机硫的稳定性不高, 结果的重视性很差。③ 有机硫的测定方法。目前最通用的方法是美国检测材料学会(ASTM) 编号为D2492 的方法。该法采用化学法分析煤炭样品, 测定总硫、硫酸盐和二硫化铁(从中计算二硫化铁中的硫含量) 从总硫含量中减去硫酸盐和二硫化铁的含量, 间接得到有机硫的含量。
2.3 进一步研究
目前, 有人开始将煤炭微生物技术与非生物乳化技术相结合, 提出了煤炭脱硫的生物—非生物综合新技术, 这样可大大缩短脱硫反应时间。近年来美国能源署一直提供资金资助煤炭有机硫的脱除研究。最近又集中资助采用遗传工程方法, 研究开发能够更快更完全脱除煤炭有机硫的微生物菌种。尽管煤炭生物脱硫还处于试验阶段, 但它在经济上很有竞争力, 是一种很有前途的煤炭燃前脱硫方法。
3 结束语
我国对绿色化学方面的研究工作, 远不如国外开展的广泛和深入。国际上还建立许多与绿色化学有关的网站。而国内绿色化学方面的资料不多, 特别是绿色化学在煤炭加工和资源二次回收利用方面的应用研究的论文很少。随着我国对绿色煤炭生物加工技术重视和研究工作的不断深入, 建立在绿色化学基础上的绿色选煤技术也会在煤炭加工与综合利用以及煤矿环境与生态保护等方面发挥更大的作用。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
